(57)【要約】  シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一にすることができるシリコン薄膜の結晶化方法は、基板１上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極（２）を積層する第２工程と、第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、第１ゲート電極（２）の上面積よりも小さい上面積を有する第２ゲート電極（３）を、第１ゲート電極（２）の上面周辺部を露出させて第１ゲート電極（２）上に積層する第３工程と、第１ゲート電極（２）が形成されていない基板（１）上の周辺領域、第２ゲート電極（３）から露出された第１ゲート電極（２）上の第１領域、及び、第２ゲート電極（３）の上面の第２領域を覆って、ゲート絶縁膜（４）を積層する第４工程と、積層されたゲート絶縁膜（４）上に、非晶質シリコン薄膜（５ａ）を積層する第５工程と、非晶質シリコン薄膜（５ａ）の上方からレーザ光を照射することにより、非晶質シリコン薄膜（５ａ）を結晶化する第６工程と、を含む。
2011161714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い
シリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項２】
前記第６工程において、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となり、
前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化する
請求項１に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項３】
前記第６工程において、前記レーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射される
請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項４】
前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径は、同一又は同一の近似値の範囲内となる
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項５】
前記所定のレーザ光の波長は、４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲である
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項６】
前記所定のレーザ光はグリーンレーザのレーザ光である
請求項５に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項７】
前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光である
請求項６に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項８】
前記第２ゲート電極の端部は、所定の傾斜角度を有する
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項９】
前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、
少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の第１工程〜第６工程を含み、
さらに、
前記第６工程の後に結晶化された前記シリコン薄膜上の一部に形成された絶縁膜の上面端部および側面、並びに前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極を形成する第７工程と、
前記絶縁膜上および前記ソース・ドレイン電極上にパッシベーション膜を形成する第８工程と、を含む
シリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第６工程と前記第７工程との間に、
前記絶縁膜の上面端部及び側面、並びに、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む
請求項１０に記載のシリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムゲート構造のシリコン薄膜において、レーザ光を用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置を構成するシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）装置がある。そのシリコンＴＦＴ装置のチャネル部となる例えばシリコンからなる半導体層（以下、シリコン薄膜と記載）は、一般的に、非晶質（アモルファス）または結晶性のシリコン薄膜で構成される。ここでチャネル部となるシリコン薄膜は、アモルファルシリコンと比較して高い移動度を有する結晶性シリコン薄膜で形成されることが好ましい。そのため、製造工程において、チャネル部を構成する非晶質性シリコン薄膜を成膜した後に、成膜した非晶質シリコン薄膜を結晶化することにより結晶性シリコン薄膜を形成する。【０００３】
非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法としては、例えば、波長５３２ｎｍのグリーンなどのレーザ光を照射することで結晶化する方法がある（例えば、特許文献１）。【０００４】
特許文献１では、ボトムゲート構造において、バスライン領域にある電極をＭｏ／ＡｌＮｄ構造として２層化してレーザ光照射しない領域下とする一方で、レーザ光を照射する領域下の電極をＭｏ単層とする技術について開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】４１．２：Ｍｉｃｒｏ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  ＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ．［ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  ３８，１３７０（２００７）］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボトムゲート型のシリコンＴＦＴにおいて、例えば５３２ｎｍのグリーンレーザ光を用いて、非晶質シリコン薄膜を結晶化する場合、ゲート電極上方にある非晶質シリコン薄膜では、結晶組織ムラが発生してしまう問題がある。【０００７】
特許文献１に開示されるボトムゲート型のシリコンＴＦＴでは、レーザ光を照射する領域下とレーザ光を照射しない領域下で異なる電極構造を有するものの、ゲート電極上方にある非晶質シリコン薄膜の結晶組織ムラを抑制することの示唆もなく結晶組織ムラを抑制することはできない。【０００８】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一にすることができるシリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン薄膜の結晶化方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層する第２工程と、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一にすることができるリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法を実現することができる。それにより、結晶組織ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態におけるシリコンＴＦＴ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造と、レーザ光に照射された際の温度分布とを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す上面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、結晶性シリコン薄膜の結晶性を光学顕微鏡で観察した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図７】図７は、レーザ光に照射された際の従来のボトムゲート型ＴＦＴの非晶質シリコン薄膜の温度分布を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａの金属膜にＭｏを用いた場合におけるモデル構造を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａのモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａのモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、モデル構造を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施例での計算に用いたモデル構造を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【図１４】図１４は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、各仕様の温度解析結果を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、各仕様の温度解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層する第２工程と、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い。
【００１３】
本態様は、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層し、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し且つ前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積の第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する。そして、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結結晶化する際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くなる。
【００１４】
これにより、前記シリコン薄膜に所定のレーザ光を前記シリコン薄膜に照射して結晶化する際、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜の温度を、前記第２ゲート電極の外周に存在する第１ゲート電極に対応するシリコン薄膜の温度よりも、高くすることができるので、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止する。
【００１５】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径がほぼ均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００１６】
第２の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程において、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となり、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化する。
【００１７】
本態様は、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、一方、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となる。そしてこの状態で、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化される。
【００１８】
これにより、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径をより一層均一化することができるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００１９】
第３の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程において、前記レーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射される。
【００２０】
本態様は、前記第６工程において、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結晶化する際、前記所定のレーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射する。
【００２１】
このことにより、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度とは同時に上昇するため、前記所定のレーザの照射中において、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることができる。
【００２２】
その結果、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを一層防止できることとなる。
【００２３】
それにより、前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００２４】
第４の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径は、同一又は同一の近似値の範囲内となる。
【００２５】
本態様によれば、前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径が同一又は同一の近似値の範囲内とすることができる。
【００２６】
第５の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光の波長は、４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲である。
【００２７】
本態様によれば、前記所定のレーザ光の波長が４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲のレーザ光とすることができる。
【００２８】
第６の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光はグリーンレーザのレーザ光である。
【００２９】
本態様によれば、前記所定のレーザ光は、グリーンレーザのレーザ光を用いることができる。
【００３０】
第７の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光である。
【００３１】
本態様によれば、前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光を用いることができる。
【００３２】
第８の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第２ゲート電極の端部は、所定の傾斜角度を有する。
【００３３】
前記ゲート電極の端部には製造工程において斜面が形成される。この斜面において、前記所定のレーザ光の反射光は拡散するため、前記ゲート電極の斜面に対応する前記シリコン薄膜では結晶化の際の温度低下の原因となる。
【００３４】
本態様によれば、このように場合でも、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結結晶化する際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることができる。そのため、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止する。
【００３５】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径がほぼ均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００３６】
第９の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである。
【００３７】
本態様によれば、前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである。
【００３８】
このことにより、前記シリコン薄膜の光吸収率を所定の範囲内に抑制する絶縁膜及び前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結晶化する際、前記１領域の前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることが容易となる。
【００３９】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径が一層均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００４０】
第１０の態様のシリコンＴＦＴ装置の製造方法は、第１の態様に記載の第１工程〜第６工程を含み、さらに、前記第６工程の後に結晶化された前記シリコン薄膜上の一部に形成された絶縁膜の上面端部および側面、並びに前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極を形成する第７工程と、前記絶縁膜上および前記ソース・ドレイン電極上にパッシベーション膜を形成する第８工程と、を含む。
【００４１】
本態様によれば、第１の態様〜第９の態様のいずれかのシリコン薄膜の結晶化方法で結晶化された結晶質シリコン薄膜を具備するシリコンＴＦＴ装置を製造することができる。
【００４２】
第１１の態様のシリコンＴＦＴ装置の製造方法は、前記第６工程と前記第７工程との間に、前記絶縁膜の上面端部及び側面、並びに、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む。
【００４３】
本態様は、前記第６工程と前記第７工程との間に、前記絶縁膜の上面端部及び側面、及び、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む。
【００４４】
このことにより、移動度、オン／オフ特性が優れたシリコンＴＦＴ装置の製造方法が実現できる。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるシリコンＴＦＴ装置の構成を模式的に示す断面図である。このシリコンＴＦＴ装置１００は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、基板１上に順次連続的に積層された第１ゲート電極２と、第２ゲート電極３と、ゲート絶縁膜４と、結晶性シリコン薄膜５と、絶縁膜６と、一対のコンタクト層７と、および一対のソース・ドレイン電極８と、パッシベーション膜９とを備える。
【００４６】
基板１は、例えば透明なガラスまたは石英からなる基板である。
【００４７】
第１ゲート電極２は、例えばＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）等の金属、あるいはＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）等の金属を含む合金から構成され、例えば５０ｎｍの厚みで基板１上に形成されている。第１ゲート電極２は、構成する金属が有する第１の反射率を有する。
【００４８】
第２ゲート電極３は、第１ゲート電極２よりも小さい面積となるよう第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて第１ゲート電極２上に、例えば５０ｎｍの厚みで積層されている。第２ゲート電極３は、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）等の金属、あるいはＭｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）等の金属を含む合金から構成され、構成する金属が有する第２の反射率を有する。第２の反射率は第１の反射率よりも小さい。つまり、第２ゲート電極３は、第１の反射率より小さい第２の反射率を有しかつ第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積を有する。また、第２ゲート電極３の端部は、図１に示す所定の角度α（第１のゲート電極２となす内角αであり、例えば７０〜９０°）を有している。これは、第２ゲート電極３の端部には製造工程において斜面（テーパ）が形成されてしまうが、形成される斜面の角度によっては、レーザ光の反射光は拡散してしまい、第２ゲート電極の端部の斜面（テーパ）に対応する非晶質シリコン薄膜５ａでは結晶化の際の温度低下の原因となるからである。そのため、このテーパの角度αを例えば、７０〜９０°にすることで、斜面（テーパ）に対応する非晶質シリコン薄膜５ａでは結晶化の際の温度低下の影響を抑制する。
【００４９】
なお、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３は、例えばＣｕ及びＭｏ、Ａｌ及びＣｕ、並びに、Ａｌ及びＭｏ等の金属の組み合わせで構成されている。また、第１ゲート電極および第２ゲート電極の金属材料すなわち、第１の反射率と上記第２の反射率との関係は、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ内での結晶粒径が、同一又は同一の近似値の範囲内となるように決定されている。
【００５０】
ゲート絶縁膜４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）及びその積層膜等から構成され、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を覆うように基板１、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３上に形成されている。ゲート絶縁膜４は、例えば１２０ｎｍの厚みで形成されている。
【００５１】
具体的には、ゲート絶縁膜４は、第１ゲート電極２が形成されていない基板１上の周辺領域と、第２ゲート電極３から露出された第１ゲート電極２上の第１領域と、第２ゲート電極３の上面の第２領域を覆って、基板１と第１ゲート電極２と第２ゲート電極３とが積層された形状に追従させて積層されている。
【００５２】
結晶性シリコン薄膜５は、上記形状に追従させて積層されたゲート絶縁膜４上に、ゲート絶縁膜４の形状に追従させて積層される。具体的には、結晶性シリコン薄膜５は、ゲート絶縁膜４上に積層された例えばａ−Ｓｉからなる非晶質シリコン薄膜５ａ（不図示）が、その上方から例えばグリーンレーザ光により照射され多結晶化（微結晶化も含む）することにより形成される。ここで、多結晶とは、平均粒径が５０ｎｍ以上の結晶からなる狭義の意味での多結晶だけでなく、例えば平均粒径が５０ｎｍ以下の結晶、具体的には２０ｎｍから５０ｎｍの結晶からなる狭義の意味での微結晶を含んだ広義の意味としている。以下、多結晶を広義の意味として記載する。
【００５３】
なお、ゲート絶縁膜４上に積層された非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１の反射率が第２の反射率より大きいことから、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることができる。これにより、第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止することができ、その上で非晶質シリコン薄膜５ａが結晶化される。その結果、第２ゲート電極３に対応する結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径がほぼ均一となるため、チャネル領域の中央領域と周辺領域の結晶化後の結晶性シリコン薄膜５の結晶粒のサイズは、均一になる。
【００５４】
また、結晶性シリコン薄膜５の厚みは、例えば４０ｎｍであるが、それに限らない。理由は後述するが、次の１）または２）を満たす厚みであればよい。
１）１８０ｎｍ＜ゲート絶縁膜４の厚み＜２００ｎｍの場合、３０ｎｍ＜結晶性シリコン薄膜５の厚み＜４０ｎｍ、
２）１００ｎｍ＜ゲート絶縁膜４の厚み＜１８０ｎｍの場合、結晶性シリコン薄膜５の厚み＜３０ｎｍ、かつ結晶性シリコン薄膜５の厚み＜（−１／３×ゲート絶縁膜４の厚み＋１００ｎｍ）。
【００５５】
絶縁膜６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）等から構成され、結晶性シリコン薄膜５の上面の一部に形成されている。絶縁膜６は、コンタクト層７をエッチングで形成される際に、結晶性シリコン薄膜５のエッチングを抑えるチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。
【００５６】
ここで、絶縁膜６の幅は、結晶性シリコン薄膜５の上面の幅より狭くなっている。なお、絶縁膜６の幅及び結晶性シリコン薄膜５の上面の幅とは、ソース・ドレイン電極８の並び方向の幅つまりチャネル電荷の導電方向の幅をいう。
【００５７】
コンタクト層７は、結晶性シリコン薄膜５よりも高不純物濃度の導電形式を有する例えばシリコン等から構成されたドープ半導体層であり、離間して絶縁膜６と結晶性シリコン薄膜５とゲート絶縁膜４とを覆うように形成される。
【００５８】
ソース・ドレイン電極８は、コンタクト層７上に形成されている。具体的には、ソース・ドレイン電極８は、絶縁膜６の上面端部および側面、並びに結晶性シリコン薄膜５の上面にコンタクト層７を介して離間して形成されている。ソース・ドレイン電極８は、例えば、導電性材料及び合金等の単層構造又は多層構造、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）等により構成されている。
【００５９】
パッシベーション膜９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）等から構成され、絶縁膜６の露出部分上、ソース・ドレイン電極８上に形成されている。
【００６０】
次に、以上のように構成されるシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法について説明する。
【００６１】
図２は、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置１００の製造工程を示すフローチャートである。図３Ａ〜図３Ｊは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法を説明するための図である。
【００６２】
まず、図３Ａに示すように、基板１を準備する（Ｓ１）。
【００６３】
次に、第１の反射率を有する第１ゲート電極２を積層する第１ゲート電極積層工程を行い（Ｓ２）、続いて、第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、かつ第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて第１ゲート電極２上に積層する第２ゲート電極積層工程を行う（Ｓ３）。
【００６４】
具体的には、基板１上にスパッタ法により第１ゲート電極２となる第１の反射率を有する金属を積層し、さらに第２ゲート電極３となる第１の反射率より小さい第２の反射率を有する金属を堆積する（図３Ｂ）。続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングにより所望の形状にパターニングされた第１ゲート電極２と第２ゲート電極３とを形成する（図３Ｃ）。つまり、図３Ｃに示すように、第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積であって、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させた形状で、第１ゲート電極２上に形成する（図３Ｃ）。ここで、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３は、例えばＣｕ及びＭｏ、Ａｌ及びＣｕ、並びに、Ａｌ及びＭｏ等の金属の組み合わせで構成されている。
【００６５】
次に、第１ゲート電極２が形成されていない基板１上の周辺領域、第２ゲート電極３から露出された第１ゲート電極２上の第１領域、及び第２ゲート電極３の上面の第２領域を覆って、基板１、第１ゲート電極２、及び第２ゲート電極３が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜４を積層するゲート絶縁膜積層工程を行う（Ｓ４）。具体的には、プラズマＣＶＤ法等により、基板１の露出部分（周辺領域）、第１ゲート電極２の露出部分（第１領域）及び第２ゲート電極３の上面（第２領域）を覆うようにゲート絶縁膜４を成膜する（図３Ｄ）。
【００６６】
次に、上記形状に追従させて積層されたゲート絶縁膜４上に、ゲート絶縁膜４の形状に追従させて結晶性シリコン薄膜５を積層するシリコン薄膜積層工程を行う（Ｓ５）。
【００６７】
具体的には、まず、プラズマＣＶＤ法等により、ゲート絶縁膜４成膜後、連続して非晶質シリコン薄膜５ａを成膜したゲート絶縁膜４上に成膜する（図３Ｅ）。ここで、ゲート絶縁膜４は、上述したように、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）またはその積層膜等から構成されている。
【００６８】
次に、成膜した非晶質シリコン薄膜５ａの上方から所定のレーザ光を照射して、非晶質シリコン薄膜５ａを結晶化するシリコン薄膜結晶化工程を行う（Ｓ６）。
【００６９】
すなわち、Ｓ６において、非晶質シリコン薄膜５ａをレーザアニール法により結晶性シリコン薄膜５にする。具体的には、非晶質シリコン薄膜５ａを上方からレーザ光を照射し（図３Ｆ）、多結晶化（微結晶を含む）にすることにより結晶性シリコン薄膜５を形成する（図３Ｇ）。なお、レーザ光等の条件は、後述するため、ここでは説明を省略する。
【００７０】
次に、絶縁膜６の上面端部及び側面、並びに、結晶性シリコン薄膜５の上面に、ドープされた半導体層からなるコンタクト層７を形成するコンタクト層形成工程を行う（Ｓ７）。そして、コンタクト層７を介してゲート絶縁膜４上、および結晶性シリコン薄膜５上に、ソース・ドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程を行う（Ｓ８）。
【００７１】
具体的には、まず、チャネル領域となる結晶性シリコン薄膜５を残すように結晶性シリコン薄膜５を、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、チャネル領域を形成する（図３Ｈ）。次いで、例えばプラズマＣＶＤ法により結晶性シリコン薄膜５上に結晶性シリコン薄膜５の上面の幅より狭い絶縁膜６を形成する。次いで、例えばプラズマＣＶＤ法等により、ゲート絶縁膜４、結晶性シリコン薄膜５及び絶縁膜６を覆うように、例えばＰ（リン）等ドープされたＮ＋シリコン膜から構成されるコンタクト層７を成膜する。そして、成膜したコンタクト層７上に、スパッタ法等によりソース・ドレイン電極８となる金属を堆積する。ここで、ソース・ドレイン電極は、モリブデン（Ｍｏ）若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料で形成される。続いて、絶縁膜６の中心領域の上方が露出するように、ソース・ドレイン電極８となる金属にマスク形成し、ドライエッチング方法によりそのレジストをマスクにして、ソース・ドレイン電極８を形成する（図３Ｉ）。つまり、絶縁膜６がチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）として機能することにより、ソース・ドレイン電極８を、絶縁膜６の上面端部および側面、および結晶性シリコン薄膜５の上面にコンタクト層７を介して離間して形成することができる。
【００７２】
最後に、絶縁膜６の露出部分上およびソース・ドレイン電極８上にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程を行う（Ｓ９）。
【００７３】
具体的には、プラズマＣＶＤ等により、酸化シリコン（ＳｉＯ）または窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるパッシベーション膜９を、絶縁膜６の露出部分上、ソース・ドレイン電極８上に形成する（図３Ｊ）。
【００７４】
以上のようにして、移動度、オン／オフ特性ともに優れたシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法を実現できる。
【００７５】
ここで、シリコンＴＦＴ装置１００における特徴的な製造工程であるシリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）について、図４を用いて、詳細に説明する。
【００７６】
図４は、本実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造と、レーザ光に照射された際の温度分布とを示す図である。図４（ａ）は、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）において、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する様子を示す図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、レーザ照射された際の、非晶質シリコン薄膜５ａの温度分布を示す図である。なお、図４中、第１領域とは、上述したが、第１ゲート電極２上の領域であって第２ゲート電極３から露出されている領域である。第２領域とは、第１ゲート電極２上の領域である。また、第３領域とは、第２ゲート電極３の形成領域外の領域である。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）において、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する。その際、図４（ｂ）に示すように、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度は、第１ゲート電極２の有する第１の反射率が第２ゲート電極３の有する第２の反射率より大きいため、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度よりも高くなる。次に、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射した後には、図４（ｃ）に示すように、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度と、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度とが同一又は同一の近時値の範囲内となる。そして、この温度分布下で、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域及び前記第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域が結晶化する。
【００７８】
このように、異なる反射率を有する第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成するだけでなく、反射率の大きい方の第１ゲート電極２を第２ゲート電極３から一部露出させた第１領域を形成する。そして、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射すると、第１領域に第２領域よりも高い温度分布領域を形成することができるので、熱拡散を利用して、ゲート電極上（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）とゲート電極外の温度差を緩和させることができる。それにより、ゲート電極上（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）の領域に対応する結晶性シリコン薄膜５の結晶粒径を均一化することができる。
【００７９】
ここで、シリコン薄膜結晶化工程において用いられるレーザ光は、波長が４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲のレーザ光であることが好ましい。このレーザ光は、例えばグリーンレーザのレーザ光であってもよいし、ブルーレーザのレーザ光であってもよい。また、このレーザ光の光強度プロファイルは、シリコン薄膜結晶化工程において、少なくとも第１領域及び第２領域の領域内でフラットである。好ましくは、このレーザ光の光強度プロファイルは、シリコン薄膜結晶化工程において、短軸においてガウシアン型の光強度分布を有し、長軸において、トップフラット型の強度分布を有する。
【００８０】
このようなレーザ光を用いることにより、シリコン薄膜結晶化工程において非晶質シリコン薄膜５ａを結晶化する際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度を、第２領域に対応するに対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることが容易となる。その結果、ゲート電極すなわち第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３に対応する結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径が一層均一となる。つまり、チャネル領域の中央領域と周辺領域の結晶性シリコン薄膜５の結晶粒のサイズが均一となる。
【００８１】
また、シリコン薄膜結晶化工程において、レーザ光は、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ及び第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａに同時に照射されるのが好ましい。つまり、シリコン薄膜結晶化工程において、レーザ光は、長軸のトップフラット部分（ラインビーム）を第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ及び第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａに対してスキャン方向と垂直で同時に、かつ、スキャン方向で連続的に照射されるのが好ましい。
【００８２】
このようにレーザ光を照射することにより、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度と、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度とはビームライン上で同時に上昇する。そのため、レーザ光の照射中において、図４（ｂ）に示すように、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることができる。その結果、図４（ａ）に示す第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外（図中第３領域と記載）に対応する領域へと放散されるのを一層防止できる。
【００８３】
次に、図４（ａ）に示すように、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成して、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）を行うに至った理由について説明する。
【００８４】
図５Ａは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す断面図である。図５Ｂは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す上面図である。
【００８５】
図５Ａに示すボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置８５０は、基板８０１と、ゲート電極８０３と、絶縁膜８０４と、非晶質シリコン薄膜８０５とを有する。ここで、図５Ａには、上述した第１領域及び第２領域に相当する領域を記載している。すなわち、図５Ａにおける第２領域は、ゲート電極８０３上の領域に相当し、第１領域は、ゲート電極８０３外の領域であって、ゲート電極８０３の周辺の領域に相当する。
【００８６】
ここで、ボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置８５０において、チャネル層となる非晶質シリコン薄膜８０５の上方からレーザ光を照射して非晶質シリコン薄膜８０５を結晶化し、結晶化した結晶性シリコン薄膜の結晶性を顕微鏡観察した。
【００８７】
図６Ａは、結晶性シリコン薄膜の結晶性を光学顕微鏡で観察した図である。図６Ｂ〜図６Ｄは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡で観察した図である。
【００８８】
図６Ｂでは、加速電圧５．０ｋＶ、倍率３０００倍でのＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により、ゲート電極８０３のエッジ（終端部分）を観察した図である。図６Ｂに示すように、ゲート電極８０３の中心部からゲート電極８０３のエッジ部にかけてムラが生じているのが分かる。
【００８９】
図６Ｃは、ゲート電極８０３の中心部を、加速電圧５．０ｋＶ、倍率１０００００倍でＳＥＭ観察した図であり、図６Ｃは、ゲート電極８０３の中心部を、加速電圧５．０ｋＶ、倍率１０００００倍でＳＥＭ観察した図である。
【００９０】
図６Ｃと図６Ｄとを比べてみると分かるように、ゲート電極８０３の中央に対応する結晶性シリコン薄膜と、ゲート電極８０３の端部（エッジ部）に対応する結晶性シリコン薄膜とで、形成される結晶粒径が異なっている。つまり、ゲート電極８０３上での結晶性シリコン薄膜内の結晶粒径のバラツキが生じており、従来のボトムゲート型ＴＦＴでは、面内均一性が悪い。
【００９１】
次に、ゲート電極８０３上での結晶性シリコン薄膜内の結晶粒径のバラツキが生じるメカニズムについて説明する。
【００９２】
図７は、レーザ光に照射された際の従来のボトムゲート型ＴＦＴの非晶質シリコン薄膜の温度分布を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５Ａ及び図５Ｂに相当するため、説明を省略する。図７（ｃ）は、シリコン薄膜結晶化工程においてレーザ光に照射された際の非晶質シリコン薄膜８０５の温度分布を示す図である。
【００９３】
例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す非晶質シリコン薄膜８０５にレーザ光を照射するとする。その場合、非晶質シリコン薄膜８０５の上方から照射されるレーザ光によって非晶質シリコン薄膜８０５の温度が上昇することに加えて、ゲート電極８０３から反射したレーザ光によって非晶質シリコン薄膜８０５の温度が上昇する。したがって、ゲート電極８０３が存在しない第１領域ではゲート電極８０３からの反射光の影響がない一方、ゲート電極８０３が存在する第２領域ではゲート電極８０３からの反射光の影響が付加される。
【００９４】
そのため、レーザ光による非晶質シリコン薄膜８０５の温度上昇は、ゲート電極８０３の存在する第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域の方が、ゲート電極８０３の存在しない第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域よりも相対的に高くなる。また、レーザ光が照射されて生じた非晶質シリコン薄膜８０５内の熱は、ゲート電極８０３の存在する第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域からゲート電極８０３の存在しない第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域へと放散される。つまり、図７（ｃ）に示すように、レーザ光が照射されて生じる非晶質シリコン薄膜８０５内の温度分布は、ゲート電極８０３の存在する第２領域のエッジ部（端部）に対応する領域で、勾配をもつことになる。そして、非晶質シリコン薄膜８０５は、このような温度分布を有したまま結晶化されることになる。
【００９５】
それにより、ゲート電極８０３の中央に対応する結晶性シリコン薄膜と、ゲート電極８０３のエッジ部（端部）に対応する結晶性シリコン薄膜とでは、形成される結晶粒径が異なることになる。
【００９６】
従来のボトムゲート型ＴＦＴでは、以上のようなメカニズムにより、ゲート電極８０３の存在する領域に対応する結晶性シリコン薄膜内で結晶粒径のバラツキ（結晶組織ムラ）を生じさせている。
【００９７】
それに対して、本実施の形態では、ゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）の存在する領域に対応する結晶性シリコン薄膜内で結晶粒径のバラツキを生じさせない構成および製造方法を実現している。具体的には、ゲート電極として、図４（ａ）に示すような第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成し、その上で、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射することで実現する。より具体的には、基板１上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極２を積層し、第１ゲート電極２上に、第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、かつ、第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積の第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて積層する。そして、非晶質シリコン薄膜５ａに上述のようにレーザ光を照射して結晶化する。その際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１の反射率が第２の反射率より大きいことから、第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くなる。そのため、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射して結晶化する際、第２ゲート電極３に対応する領域の非晶質シリコン薄膜５ａの温度を、第２ゲート電極３の外周に存在する第１ゲート電極２に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも上げることができる。それにより、第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止することができる。その結果、第２ゲート電極３に対応する領域の結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径がほぼ均一となる。つまり、チャネル領域となる結晶性シリコン薄膜５の中央領域と周辺領域との結晶粒のサイズを均一とすることができる。
【００９８】
次に、以上のようにゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）が構成される形成されたボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００において、非晶質シリコン薄膜５ａがレーザ光を照射された際に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となることをシミュレーションにより検証した。
【００９９】
以下、これを実施例として説明する。
【０１００】
（実施例）
図８Ａおよび図８Ｂは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。ここで、ｋは消衰係数である。
【０１０１】
図８Ａに示すモデル構造では、基板としてガラスを準備し、ガラス上に、１５０ｎｍの厚さのＳｉＮ膜を配置し、ＳｉＮ膜上に、５０ｎｍの厚さの金属膜を配置する。その金属膜を覆うように、ＳｉＮ膜上に可変の厚みのＳｉＯ２膜を配置し、ＳｉＯ２膜上にａ−Ｓｉ膜を配置した。ａ−Ｓｉ膜の上部は空気層（屈折率１）とした。ここで、このモデル構造は、図４（ａ）に示す実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造をモデル化したものである。ここで、ＳｉＮ膜は、図４に示す基板１に対応し、金属膜は、第１ゲート電極２に対応する。ＳｉＯ２膜は、ゲート絶縁膜４に対応し、ａ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン薄膜５ａに対応する。
【０１０２】
そして、既知の振幅透過率および振幅透過率の計算方法を用いて、図８Ａに示すモデル構造に対して垂直に波長５３２ｎｍのレーザ光を入射した場合に、図８Ｂ中に示した値を用いて多重干渉によるａ−Ｓｉ膜への光の吸収率を算出した。ここで、図８Ｂは、ａ−Ｓｉ膜と、ＳｉＯ２膜と、ＳｉＮ膜と、Ａｌ金属膜、Ｃｕ金属膜及びＭｏ金属膜に対する波長５３２ｎｍにおける屈折率と消衰係数とを示している。また、金属の反射率の大小関係は、Ａｌ＞Ｃｕ＞Ｍｏである。
【０１０３】
図９Ａは、図８Ａの金属膜にＭｏを用いた場合（Ｍｏ電極と記載）におけるモデル構造を示しており、図９Ｂ及び図９Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。ここで、図９Ｂは、図９Ａに示すモデル構造の電極上領域（Ｍｏ電極が存在する領域に対応する領域）におけるａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示している。一方、図９Ｃは、図９Ａに示すモデル構造の電極外領域（Ｍｏ電極が存在しない領域外に対応する領域）におけるａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示している。
【０１０４】
図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、電極外の領域に比べて電極上の領域では、ａ−Ｓｉ膜の吸収率は高くなる傾向がある。つまり、レーザ光がａ−ｓｉ膜へ照射された場合には、電極上の領域では、図７で説明したように、温度が高くなるのがわかる。ただし、図９Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜の膜厚によっては、その傾向が見られない領域があるのがわかる。すなわち、ａ−Ｓｉ膜を形成する際には適切な膜厚の範囲（プロセスウィンドウ）があるのがわかる。従って、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲は、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「電極上の領域＞電極上の領域」となる領域である。
【０１０５】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。ここで、図１０Ａは、金属膜を構成する材料をＣｕにした場合（Ｃｕ電極と呼ぶ）の計算結果を、図１０Ｂは、金属膜を構成する材料をＭｏにした場合（Ｍｏ電極）の計算結果を、図１０Ｃは、金属膜を構成する材料をＡｌ（Ａｌ電極と呼ぶ）にした場合の計算結果を示している。
【０１０６】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「電極上の領域＞電極上の領域」となる領域Ｘは、金属膜を構成する材料によらず存在する。具体的には、この条件を満たすａ−Ｓｉ膜の膜厚の範囲は、次の１）または２）に示す通りである。
１）１８０ｎｍ＜ＳｉＯ膜厚＜２００ｎｍの場合、３０ｎｍ＜ａ−Ｓｉ膜厚＜４０ｎｍ
２）１００ｎｍ＜ＳｉＯ膜厚＜１８０ｎｍの場合、ａ−Ｓｉ膜厚＜３０ｎｍ、かつａ−Ｓｉ膜厚＜（−１／３×ＳｉＯ膜厚＋１００ｎｍ）
次に、反射率の異なる金属膜を積層する場合（反射率の異なる第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を備えるボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００に対応）について、
上記同様に、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があるかを検証した。
【０１０７】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。図１１Ｄは、図８Ａの金属膜を反射率が異なる金属膜（第１電極と第２電極とする）で積層する場合におけるモデル構造を示している。ここで、第２電極は、第１電極上の一部の領域に積層された金属膜であって、第１電極よりも反射率が低い金属膜から構成されている。
【０１０８】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、図１１Ｄに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合に第１電極の領域と第２電極の領域とにおけるａ−Ｓｉ膜への吸収率の差、つまり、第１電極上の領域となるａ−Ｓｉ膜への吸収率から、第２電極上の領域となるａ−Ｓｉ膜への吸収率と減算した場合を示している。ここで、図１１Ａでは（Ａｌ、Ｍｏ）を、図１１Ｂでは（Ａｌ、Ｃｕ）を、図１１Ｃでは（Ｃｕ、Ｍｏ）を第１電極と第２電極とを構成する金属材料の組合せとした場合の計算結果を示している。
【０１０９】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、ａ−Ｓｉ膜を形成する際の適切な膜厚の範囲（プロセスウィンドウ）は、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「第１電極上の領域＞第２電極上の領域」となる領域である。また、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「第１電極上の領域＞第２電極上の領域」となる領域Ｙは、金属膜を構成する材料によらず存在するのがわかる。
【０１１０】
以上のシミュレーション結果から、ゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）が構成される形成されたボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００において、レーザ光を非晶質シリコン薄膜５ａに照射する場合には、非晶質シリコン薄膜５ａは、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となり得るａ−Ｓｉ膜厚が存在することが確認できた。
【０１１１】
次に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となるために必要となる第１電極と第２電極との大きさ（幅）の差について検証を行った。
【０１１２】
図１２は、本実施例での計算に用いたモデル構造を示す図である。図１３および図１４は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【０１１３】
図１２（ａ）に示すモデル構造は、基板として例えば０．７ｍｍの厚さのガラス上に、１２０ｎｍの厚さのＳｉＮ膜を配置し、ＳｉＮ膜上に、それぞれ５０ｎｍの厚さの金属膜（第１電極および第２電極）を配置する。そして、それら金属膜（第１電極および第２電極）を覆うように、ＳｉＮ膜上に１２０ｎｍの厚みのＳｉＯ２膜を配置し、ＳｉＯ２膜上に４０ｎｍの厚さのａ−Ｓｉ膜を配置する。ａ−Ｓｉ膜の上部は空気層（屈折率１）としている。ここで、このモデル構造は、図４（ａ）に示す実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造を、上述の計算結果に基づく膜厚を用いてモデル化したものである。また、ＳｉＮ膜は、図４に示す基板１に対応する。反射率の異なる金属膜のうち下の金属膜である第１電極は、第１ゲート電極２に対応し、反射率の異なる金属膜のうち上の金属膜である第２電極は、第２ゲート電極３に対応する。ＳｉＯ２膜は、ゲート絶縁膜４に対応し、ａ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン薄膜５ａに対応する。
【０１１４】
さらに、第２電極の大きさを、図１２（ｂ）に示すように、横をＡμｍ、縦を２Ｂμｍとし、第１電極の大きさを、第２電極に比べて縦横それぞれｄｍｍ小さい、つまり縦（２Ｂ−２ｄ）μｍで横（Ａ−ｄ）μｍとしている。ここで、図中の縦の大きさＢは、対称線までの大きさを示している。
【０１１５】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。図１５Ａでは、第１電極の大きさを縦８０μｍ横４０μｍとした場合の、第２電極の大きさの条件（仕様１〜仕様３）を示している。具体的には、仕様１は、ｄ＝０μｍの場合、すなわち第１電極および第２電極の大きさが同じで縦２Ｂ＝８０μｍ、横Ａ＝４０μｍである場合を示している。仕様２は、ｄ＝５μｍの場合、すなわち、第２電極の大きさが縦２Ｂ＝７０μｍ、横Ａ＝３５μｍの場合を示している。同様に、仕様３は、ｄ＝１０μｍの場合、すなわち、第２電極の大きさが縦２Ｂ＝６０μｍ、横Ａ＝３０μｍの場合を示している。図１５Ｂでは、図１３に示す条件（仕様１〜仕様３）における第１電極および第２電極の大きさと、レーザ照射される領域を示している。ここで、温度解析のシミュレーションにより温度表示される温度表示領域を点線で示している。
【０１１６】
なお、温度解析のシミュレーションで用いられるレーザ光の条件は、波長：５３２ｎｍ、出力：３０００ｋＷ／ｃｍ２、波形：パルス、発熱時間（照射時間）：０〜１０ｎｓｅｃ、最終時間：０〜１ｍｓｅｃ、スポット波形：矩形である。
【０１１７】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、各仕様の温度解析結果を示す図である。図１６Ａは、上記の条件で、シミュレーションを行った結果を示す図であり、図１６Ｂは、図１６Ａのｘ＝１７．５μｍとｘ＝２０μｍとにおける温度を表にしたものである。ここで、ｘ＝１７．５μｍの温度は、仕様１〜３における第２電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を示している。ｘ＝２０．０μｍは、仕様１では第２電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を、仕様２および仕様３では第１電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を示している。
【０１１８】
エッジ部（ｘ＝１７．５μｍとｘ＝２０μｍ）での温度差を比較した結果（図１６Ｂ）、従来構造に相当する仕様１では、２０４Ｋ、仕様２および仕様３では、１６３Ｋ、１７１Ｋとなり、エッジ部での温度差の改善効果があるのが確認できた。
【０１１９】
これらの結果により、第１電極および第２電極の大きさの差ｄは、少なくともｄ＞５μｍ（言い換えると第１電極を１２％程度以上露出する大きさの差）あればよいことが検証できた。
【０１２０】
以上のように、本発明では、異なる反射率を有する第１ゲート電極及び第２ゲート電極を形成するだけでなく、反射率の大きい方の第１ゲート電極を第２ゲート電極から一部露出させた第１領域を形成する。このような構成により、非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射すると、第１領域に第２領域よりも高い温度分布領域を形成することができるので、熱拡散を利用して、ゲート電極上（第１ゲート電極及び第２ゲート電極）とゲート電極外の温度差を緩和させることができる。それにより、ゲート電極上（第１ゲート電極及び第２ゲート電極）の領域に対応する結晶性シリコン薄膜５の結晶粒径を均一化することができる。
【０１２１】
以上、本発明のシリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、シリコン薄膜の結晶化方法及びシリコンＴＦＴ装置の製造方法に有用であり、特に移動度、オン／オフ特性ともに優れるシリコンＴＦＴ装置の製造方法等として用いるのに最適である。
【符号の説明】
【０１２３】
１、８０１    基板
２    第１ゲート電極
３    第２ゲート電極
４    ゲート絶縁膜
５    結晶性シリコン薄膜
５ａ、８０５    非晶質シリコン薄膜
６、８０４    絶縁膜
７    コンタクト層
８    ソース・ドレイン電極
９    パッシベーション膜
１００、８５０    シリコンＴＦＴ装置
８０３    ゲート電極
【図１】
2011161714.tif 000003
【図２】
2011161714.tif 000004
【図３Ａ】
2011161714.tif 000005
【図３Ｂ】
2011161714.tif 000006
【図３Ｃ】
2011161714.tif 000007
【図３Ｄ】
2011161714.tif 000008
【図３Ｅ】
2011161714.tif 000009
【図３Ｆ】
2011161714.tif 000010
【図３Ｇ】
2011161714.tif 000011
【図３Ｈ】
2011161714.tif 000012
【図３Ｉ】
2011161714.tif 000013
【図３Ｊ】
2011161714.tif 000014
【図４】
2011161714.tif 000015
【図５Ａ】
2011161714.tif 000016
【図５Ｂ】
2011161714.tif 000017
【図６Ａ】
2011161714.tif 000018
【図６Ｂ】
2011161714.tif 000019
【図６Ｃ】
2011161714.tif 000020
【図６Ｄ】
2011161714.tif 000021
【図７】
2011161714.tif 000022
【図８Ａ】
2011161714.tif 000023
【図８Ｂ】
2011161714.tif 000024
【図９Ａ】
2011161714.tif 000025
【図９Ｂ】
2011161714.tif 000026
【図９Ｃ】
2011161714.tif 000027
【図１０Ａ】
2011161714.tif 000028
【図１０Ｂ】
2011161714.tif 000029
【図１０Ｃ】
2011161714.tif 000030
【図１１Ａ】
2011161714.tif 000031
【図１１Ｂ】
2011161714.tif 000032
【図１１Ｃ】
2011161714.tif 000033
【図１１Ｄ】
2011161714.tif 000034
【図１２】
2011161714.tif 000035
【図１３】
2011161714.tif 000036
【図１４】
2011161714.tif 000037
【図１５Ａ】
2011161714.tif 000038
【図１５Ｂ】
2011161714.tif 000039
【図１６Ａ】
2011161714.tif 000040
【図１６Ｂ】
2011161714.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、第１の反射率を有し上面が平坦な第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部の平坦な面を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い
シリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項２】
前記第６工程において、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となり、
前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化する
請求項１に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項３】
前記第６工程において、前記レーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射される
請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項４】
前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径は、同一又は同一の近似値の範囲内となる
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項５】
前記所定のレーザ光の波長は、４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲である
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項６】
前記所定のレーザ光はグリーンレーザのレーザ光である
請求項５に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項７】
前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光である
請求項６に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項８】
前記第２ゲート電極の端部は、所定の傾斜角度を有する
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項９】
前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、
少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の第１工程〜第６工程を含み、
さらに、
前記第６工程の後に結晶化された前記シリコン薄膜上の一部に形成された絶縁膜の上面端部および側面、並びに前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極を形成する第７工程と、
前記絶縁膜上および前記ソース・ドレイン電極上にパッシベーション膜を形成する第８工程と、を含む
シリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第６工程と前記第７工程との間に、
前記絶縁膜の上面端部及び側面、並びに、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む
請求項１０に記載のシリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月1日(2011.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムゲート構造のシリコン薄膜において、レーザ光を用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置を構成するシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）装置がある。そのシリコンＴＦＴ装置のチャネル部となる例えばシリコンからなる半導体層（以下、シリコン薄膜と記載）は、一般的に、非晶質（アモルファス）または結晶性のシリコン薄膜で構成される。ここでチャネル部となるシリコン薄膜は、アモルファルシリコンと比較して高い移動度を有する結晶性シリコン薄膜で形成されることが好ましい。そのため、製造工程において、チャネル部を構成する非晶質性シリコン薄膜を成膜した後に、成膜した非晶質シリコン薄膜を結晶化することにより結晶性シリコン薄膜を形成する。
【０００３】
非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法としては、例えば、波長５３２ｎｍのグリーンなどのレーザ光を照射することで結晶化する方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１では、ボトムゲート構造において、バスライン領域にある電極をＭｏ／ＡｌＮｄ構造として２層化してレーザ光照射しない領域下とする一方で、レーザ光を照射する領域下の電極をＭｏ単層とする技術について開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】４１．２：Ｍｉｃｒｏ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  ＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ．［ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  ３８，１３７０（２００７）］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボトムゲート型のシリコンＴＦＴにおいて、例えば５３２ｎｍのグリーンレーザ光を用いて、非晶質シリコン薄膜を結晶化する場合、ゲート電極上方にある非晶質シリコン薄膜では、結晶組織ムラが発生してしまう問題がある。
【０００７】
特許文献１に開示されるボトムゲート型のシリコンＴＦＴでは、レーザ光を照射する領域下とレーザ光を照射しない領域下で異なる電極構造を有するものの、ゲート電極上方にある非晶質シリコン薄膜の結晶組織ムラを抑制することの示唆もなく結晶組織ムラを抑制することはできない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一にすることができるシリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン薄膜の結晶化方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層する第２工程と、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一にすることができるリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法を実現することができる。それにより、結晶組織ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態におけるシリコンＴＦＴ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造と、レーザ光に照射された際の温度分布とを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す上面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、結晶性シリコン薄膜の結晶性を光学顕微鏡で観察した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡観察した図である。
【図７】図７は、レーザ光に照射された際の従来のボトムゲート型ＴＦＴの非晶質シリコン薄膜の温度分布を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａの金属膜にＭｏを用いた場合におけるモデル構造を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａのモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａのモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ｄに示すモデル構造において形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、モデル構造を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施例での計算に用いたモデル構造を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【図１４】図１４は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、各仕様の温度解析結果を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、各仕様の温度解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層する第２工程と、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高い。
【００１３】
本態様は、前記基板上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極を積層し、前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し且つ前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積の第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する。そして、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結結晶化する際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くなる。
【００１４】
これにより、前記シリコン薄膜に所定のレーザ光を前記シリコン薄膜に照射して結晶化する際、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜の温度を、前記第２ゲート電極の外周に存在する第１ゲート電極に対応するシリコン薄膜の温度よりも、高くすることができるので、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止する。
【００１５】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径がほぼ均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００１６】
第２の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程において、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となり、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化する。
【００１７】
本態様は、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、一方、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となる。そしてこの状態で、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化される。
【００１８】
これにより、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径をより一層均一化することができるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００１９】
第３の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程において、前記レーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射される。
【００２０】
本態様は、前記第６工程において、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結晶化する際、前記所定のレーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射する。
【００２１】
このことにより、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度とは同時に上昇するため、前記所定のレーザの照射中において、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることができる。
【００２２】
その結果、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを一層防止できることとなる。
【００２３】
それにより、前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００２４】
第４の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径は、同一又は同一の近似値の範囲内となる。
【００２５】
本態様によれば、前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径が同一又は同一の近似値の範囲内とすることができる。
【００２６】
第５の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光の波長は、４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲である。
【００２７】
本態様によれば、前記所定のレーザ光の波長が４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲のレーザ光とすることができる。
【００２８】
第６の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光はグリーンレーザのレーザ光である。
【００２９】
本態様によれば、前記所定のレーザ光は、グリーンレーザのレーザ光を用いることができる。
【００３０】
第７の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光である。
【００３１】
本態様によれば、前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光を用いることができる。
【００３２】
第８の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第２ゲート電極の端部は、所定の傾斜角度を有する。
【００３３】
前記ゲート電極の端部には製造工程において斜面が形成される。この斜面において、前記所定のレーザ光の反射光は拡散するため、前記ゲート電極の斜面に対応する前記シリコン薄膜では結晶化の際の温度低下の原因となる。
【００３４】
本態様によれば、このように場合でも、前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結結晶化する際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることができる。そのため、前記第２ゲート電極の両端部に対応するシリコン薄膜の温度が、前記第２ゲート電極に対応する領域から前記第２ゲート電極の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止する。
【００３５】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径がほぼ均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００３６】
第９の態様のシリコン薄膜の結晶化方法は、前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである。
【００３７】
本態様によれば、前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである。
【００３８】
このことにより、前記シリコン薄膜の光吸収率を所定の範囲内に抑制する絶縁膜及び前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射して前記シリコン薄膜を結晶化する際、前記１領域の前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くすることが容易となる。
【００３９】
その結果、前記第２ゲート電極に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径が一層均一となるため、前記チャネル領域の中央領域と周辺領域の前記結晶化後の前記シリコン薄膜の結晶粒のサイズを均一とすることができるシリコン薄膜の結晶化方法を実現できる。
【００４０】
第１０の態様のシリコンＴＦＴ装置の製造方法は、第１の態様に記載の第１工程〜第６工程を含み、さらに、前記第６工程の後に結晶化された前記シリコン薄膜上の一部に形成された絶縁膜の上面端部および側面、並びに前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極を形成する第７工程と、前記絶縁膜上および前記ソース・ドレイン電極上にパッシベーション膜を形成する第８工程と、を含む。
【００４１】
本態様によれば、第１の態様〜第９の態様のいずれかのシリコン薄膜の結晶化方法で結晶化された結晶質シリコン薄膜を具備するシリコンＴＦＴ装置を製造することができる。
【００４２】
第１１の態様のシリコンＴＦＴ装置の製造方法は、前記第６工程と前記第７工程との間に、前記絶縁膜の上面端部及び側面、並びに、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む。
【００４３】
本態様は、前記第６工程と前記第７工程との間に、前記絶縁膜の上面端部及び側面、及び、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む。
【００４４】
このことにより、移動度、オン／オフ特性が優れたシリコンＴＦＴ装置の製造方法が実現できる。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるシリコンＴＦＴ装置の構成を模式的に示す断面図である。このシリコンＴＦＴ装置１００は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、基板１上に順次連続的に積層された第１ゲート電極２と、第２ゲート電極３と、ゲート絶縁膜４と、結晶性シリコン薄膜５と、絶縁膜６と、一対のコンタクト層７と、および一対のソース・ドレイン電極８と、パッシベーション膜９とを備える。
【００４６】
基板１は、例えば透明なガラスまたは石英からなる基板である。
【００４７】
第１ゲート電極２は、例えばＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）等の金属、あるいはＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）等の金属を含む合金から構成され、例えば５０ｎｍの厚みで基板１上に形成されている。第１ゲート電極２は、構成する金属が有する第１の反射率を有する。
【００４８】
第２ゲート電極３は、第１ゲート電極２よりも小さい面積となるよう第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて第１ゲート電極２上に、例えば５０ｎｍの厚みで積層されている。第２ゲート電極３は、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）等の金属、あるいはＭｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）等の金属を含む合金から構成され、構成する金属が有する第２の反射率を有する。第２の反射率は第１の反射率よりも小さい。つまり、第２ゲート電極３は、第１の反射率より小さい第２の反射率を有しかつ第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積を有する。また、第２ゲート電極３の端部は、図１に示す所定の角度α（第１のゲート電極２となす内角αであり、例えば７０〜９０°）を有している。これは、第２ゲート電極３の端部には製造工程において斜面（テーパ）が形成されてしまうが、形成される斜面の角度によっては、レーザ光の反射光は拡散してしまい、第２ゲート電極の端部の斜面（テーパ）に対応する非晶質シリコン薄膜５ａでは結晶化の際の温度低下の原因となるからである。そのため、このテーパの角度αを例えば、７０〜９０°にすることで、斜面（テーパ）に対応する非晶質シリコン薄膜５ａでは結晶化の際の温度低下の影響を抑制する。
【００４９】
なお、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３は、例えばＣｕ及びＭｏ、Ａｌ及びＣｕ、並びに、Ａｌ及びＭｏ等の金属の組み合わせで構成されている。また、第１ゲート電極および第２ゲート電極の金属材料すなわち、第１の反射率と上記第２の反射率との関係は、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ内での結晶粒径が、同一又は同一の近似値の範囲内となるように決定されている。
【００５０】
ゲート絶縁膜４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）及びその積層膜等から構成され、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を覆うように基板１、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３上に形成されている。ゲート絶縁膜４は、例えば１２０ｎｍの厚みで形成されている。
【００５１】
具体的には、ゲート絶縁膜４は、第１ゲート電極２が形成されていない基板１上の周辺領域と、第２ゲート電極３から露出された第１ゲート電極２上の第１領域と、第２ゲート電極３の上面の第２領域を覆って、基板１と第１ゲート電極２と第２ゲート電極３とが積層された形状に追従させて積層されている。
【００５２】
結晶性シリコン薄膜５は、上記形状に追従させて積層されたゲート絶縁膜４上に、ゲート絶縁膜４の形状に追従させて積層される。具体的には、結晶性シリコン薄膜５は、ゲート絶縁膜４上に積層された例えばａ−Ｓｉからなる非晶質シリコン薄膜５ａ（不図示）が、その上方から例えばグリーンレーザ光により照射され多結晶化（微結晶化も含む）することにより形成される。ここで、多結晶とは、平均粒径が５０ｎｍ以上の結晶からなる狭義の意味での多結晶だけでなく、例えば平均粒径が５０ｎｍ以下の結晶、具体的には２０ｎｍから５０ｎｍの結晶からなる狭義の意味での微結晶を含んだ広義の意味としている。以下、多結晶を広義の意味として記載する。
【００５３】
なお、ゲート絶縁膜４上に積層された非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１の反射率が第２の反射率より大きいことから、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることができる。これにより、第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止することができ、その上で非晶質シリコン薄膜５ａが結晶化される。その結果、第２ゲート電極３に対応する結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径がほぼ均一となるため、チャネル領域の中央領域と周辺領域の結晶化後の結晶性シリコン薄膜５の結晶粒のサイズは、均一になる。
【００５４】
また、結晶性シリコン薄膜５の厚みは、例えば４０ｎｍであるが、それに限らない。理由は後述するが、次の１）または２）を満たす厚みであればよい。
１）１８０ｎｍ＜ゲート絶縁膜４の厚み＜２００ｎｍの場合、３０ｎｍ＜結晶性シリコン薄膜５の厚み＜４０ｎｍ、
２）１００ｎｍ＜ゲート絶縁膜４の厚み＜１８０ｎｍの場合、結晶性シリコン薄膜５の厚み＜３０ｎｍ、かつ結晶性シリコン薄膜５の厚み＜（−１／３×ゲート絶縁膜４の厚み＋１００ｎｍ）。
【００５５】
絶縁膜６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）等から構成され、結晶性シリコン薄膜５の上面の一部に形成されている。絶縁膜６は、コンタクト層７をエッチングで形成される際に、結晶性シリコン薄膜５のエッチングを抑えるチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。
【００５６】
ここで、絶縁膜６の幅は、結晶性シリコン薄膜５の上面の幅より狭くなっている。なお、絶縁膜６の幅及び結晶性シリコン薄膜５の上面の幅とは、ソース・ドレイン電極８の並び方向の幅つまりチャネル電荷の導電方向の幅をいう。
【００５７】
コンタクト層７は、結晶性シリコン薄膜５よりも高不純物濃度の導電形式を有する例えばシリコン等から構成されたドープ半導体層であり、離間して絶縁膜６と結晶性シリコン薄膜５とゲート絶縁膜４とを覆うように形成される。
【００５８】
ソース・ドレイン電極８は、コンタクト層７上に形成されている。具体的には、ソース・ドレイン電極８は、絶縁膜６の上面端部および側面、並びに結晶性シリコン薄膜５の上面にコンタクト層７を介して離間して形成されている。ソース・ドレイン電極８は、例えば、導電性材料及び合金等の単層構造又は多層構造、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）等により構成されている。
【００５９】
パッシベーション膜９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）等から構成され、絶縁膜６の露出部分上、ソース・ドレイン電極８上に形成されている。
【００６０】
次に、以上のように構成されるシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法について説明する。
【００６１】
図２は、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置１００の製造工程を示すフローチャートである。図３Ａ〜図３Ｊは、本発明の実施の形態に係るシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法を説明するための図である。
【００６２】
まず、図３Ａに示すように、基板１を準備する（Ｓ１）。
【００６３】
次に、第１の反射率を有する第１ゲート電極２を積層する第１ゲート電極積層工程を行い（Ｓ２）、続いて、第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、かつ第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて第１ゲート電極２上に積層する第２ゲート電極積層工程を行う（Ｓ３）。
【００６４】
具体的には、基板１上にスパッタ法により第１ゲート電極２となる第１の反射率を有する金属を積層し、さらに第２ゲート電極３となる第１の反射率より小さい第２の反射率を有する金属を堆積する（図３Ｂ）。続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングにより所望の形状にパターニングされた第１ゲート電極２と第２ゲート電極３とを形成する（図３Ｃ）。つまり、図３Ｃに示すように、第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積であって、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させた形状で、第１ゲート電極２上に形成する（図３Ｃ）。ここで、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３は、例えばＣｕ及びＭｏ、Ａｌ及びＣｕ、並びに、Ａｌ及びＭｏ等の金属の組み合わせで構成されている。
【００６５】
次に、第１ゲート電極２が形成されていない基板１上の周辺領域、第２ゲート電極３から露出された第１ゲート電極２上の第１領域、及び第２ゲート電極３の上面の第２領域を覆って、基板１、第１ゲート電極２、及び第２ゲート電極３が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜４を積層するゲート絶縁膜積層工程を行う（Ｓ４）。具体的には、プラズマＣＶＤ法等により、基板１の露出部分（周辺領域）、第１ゲート電極２の露出部分（第１領域）及び第２ゲート電極３の上面（第２領域）を覆うようにゲート絶縁膜４を成膜する（図３Ｄ）。
【００６６】
次に、上記形状に追従させて積層されたゲート絶縁膜４上に、ゲート絶縁膜４の形状に追従させて結晶性シリコン薄膜５を積層するシリコン薄膜積層工程を行う（Ｓ５）。
【００６７】
具体的には、まず、プラズマＣＶＤ法等により、ゲート絶縁膜４成膜後、連続して非晶質シリコン薄膜５ａを成膜したゲート絶縁膜４上に成膜する（図３Ｅ）。ここで、ゲート絶縁膜４は、上述したように、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）またはその積層膜等から構成されている。
【００６８】
次に、成膜した非晶質シリコン薄膜５ａの上方から所定のレーザ光を照射して、非晶質シリコン薄膜５ａを結晶化するシリコン薄膜結晶化工程を行う（Ｓ６）。
【００６９】
すなわち、Ｓ６において、非晶質シリコン薄膜５ａをレーザアニール法により結晶性シリコン薄膜５にする。具体的には、非晶質シリコン薄膜５ａを上方からレーザ光を照射し（図３Ｆ）、多結晶化（微結晶を含む）にすることにより結晶性シリコン薄膜５を形成する（図３Ｇ）。なお、レーザ光等の条件は、後述するため、ここでは説明を省略する。
【００７０】
次に、絶縁膜６の上面端部及び側面、並びに、結晶性シリコン薄膜５の上面に、ドープされた半導体層からなるコンタクト層７を形成するコンタクト層形成工程を行う（Ｓ７）。そして、コンタクト層７を介してゲート絶縁膜４上、および結晶性シリコン薄膜５上に、ソース・ドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程を行う（Ｓ８）。
【００７１】
具体的には、まず、チャネル領域となる結晶性シリコン薄膜５を残すように結晶性シリコン薄膜５を、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングして、チャネル領域を形成する（図３Ｈ）。次いで、例えばプラズマＣＶＤ法により結晶性シリコン薄膜５上に結晶性シリコン薄膜５の上面の幅より狭い絶縁膜６を形成する。次いで、例えばプラズマＣＶＤ法等により、ゲート絶縁膜４、結晶性シリコン薄膜５及び絶縁膜６を覆うように、例えばＰ（リン）等ドープされたＮ＋シリコン膜から構成されるコンタクト層７を成膜する。そして、成膜したコンタクト層７上に、スパッタ法等によりソース・ドレイン電極８となる金属を堆積する。ここで、ソース・ドレイン電極は、モリブデン（Ｍｏ）若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料で形成される。続いて、絶縁膜６の中心領域の上方が露出するように、ソース・ドレイン電極８となる金属にマスク形成し、ドライエッチング方法によりそのレジストをマスクにして、ソース・ドレイン電極８を形成する（図３Ｉ）。つまり、絶縁膜６がチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）として機能することにより、ソース・ドレイン電極８を、絶縁膜６の上面端部および側面、および結晶性シリコン薄膜５の上面にコンタクト層７を介して離間して形成することができる。
【００７２】
最後に、絶縁膜６の露出部分上およびソース・ドレイン電極８上にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程を行う（Ｓ９）。
【００７３】
具体的には、プラズマＣＶＤ等により、酸化シリコン（ＳｉＯ）または窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるパッシベーション膜９を、絶縁膜６の露出部分上、ソース・ドレイン電極８上に形成する（図３Ｊ）。
【００７４】
以上のようにして、移動度、オン／オフ特性ともに優れたシリコンＴＦＴ装置１００の製造方法を実現できる。
【００７５】
ここで、シリコンＴＦＴ装置１００における特徴的な製造工程であるシリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）について、図４を用いて、詳細に説明する。
【００７６】
図４は、本実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造と、レーザ光に照射された際の温度分布とを示す図である。図４（ａ）は、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）において、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する様子を示す図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、レーザ照射された際の、非晶質シリコン薄膜５ａの温度分布を示す図である。なお、図４中、第１領域とは、上述したが、第１ゲート電極２上の領域であって第２ゲート電極３から露出されている領域である。第２領域とは、第１ゲート電極２上の領域である。また、第３領域とは、第２ゲート電極３の形成領域外の領域である。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）において、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射する。その際、図４（ｂ）に示すように、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度は、第１ゲート電極２の有する第１の反射率が第２ゲート電極３の有する第２の反射率より大きいため、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度よりも高くなる。次に、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射した後には、図４（ｃ）に示すように、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度と、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域の温度とが同一又は同一の近時値の範囲内となる。そして、この温度分布下で、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域及び前記第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの領域が結晶化する。
【００７８】
このように、異なる反射率を有する第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成するだけでなく、反射率の大きい方の第１ゲート電極２を第２ゲート電極３から一部露出させた第１領域を形成する。そして、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射すると、第１領域に第２領域よりも高い温度分布領域を形成することができるので、熱拡散を利用して、ゲート電極上（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）とゲート電極外の温度差を緩和させることができる。それにより、ゲート電極上（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）の領域に対応する結晶性シリコン薄膜５の結晶粒径を均一化することができる。
【００７９】
ここで、シリコン薄膜結晶化工程において用いられるレーザ光は、波長が４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲のレーザ光であることが好ましい。このレーザ光は、例えばグリーンレーザのレーザ光であってもよいし、ブルーレーザのレーザ光であってもよい。また、このレーザ光の光強度プロファイルは、シリコン薄膜結晶化工程において、少なくとも第１領域及び第２領域の領域内でフラットである。好ましくは、このレーザ光の光強度プロファイルは、シリコン薄膜結晶化工程において、短軸においてガウシアン型の光強度分布を有し、長軸において、トップフラット型の強度分布を有する。
【００８０】
このようなレーザ光を用いることにより、シリコン薄膜結晶化工程において非晶質シリコン薄膜５ａを結晶化する際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度を、第２領域に対応するに対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることが容易となる。その結果、ゲート電極すなわち第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３に対応する結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径が一層均一となる。つまり、チャネル領域の中央領域と周辺領域の結晶性シリコン薄膜５の結晶粒のサイズが均一となる。
【００８１】
また、シリコン薄膜結晶化工程において、レーザ光は、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ及び第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａに同時に照射されるのが好ましい。つまり、シリコン薄膜結晶化工程において、レーザ光は、長軸のトップフラット部分（ラインビーム）を第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａ及び第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａに対してスキャン方向と垂直で同時に、かつ、スキャン方向で連続的に照射されるのが好ましい。
【００８２】
このようにレーザ光を照射することにより、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度と、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度とはビームライン上で同時に上昇する。そのため、レーザ光の照射中において、図４（ｂ）に示すように、第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも高くすることができる。その結果、図４（ａ）に示す第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外（図中第３領域と記載）に対応する領域へと放散されるのを一層防止できる。
【００８３】
次に、図４（ａ）に示すように、第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成して、シリコン薄膜結晶化工程（Ｓ６）を行うに至った理由について説明する。
【００８４】
図５Ａは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す断面図である。図５Ｂは、従来のボトムゲート型ＴＦＴの構造を模式的に示す上面図である。
【００８５】
図５Ａに示すボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置８５０は、基板８０１と、ゲート電極８０３と、絶縁膜８０４と、非晶質シリコン薄膜８０５とを有する。ここで、図５Ａには、上述した第１領域及び第２領域に相当する領域を記載している。すなわち、図５Ａにおける第２領域は、ゲート電極８０３上の領域に相当し、第１領域は、ゲート電極８０３外の領域であって、ゲート電極８０３の周辺の領域に相当する。
【００８６】
ここで、ボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置８５０において、チャネル層となる非晶質シリコン薄膜８０５の上方からレーザ光を照射して非晶質シリコン薄膜８０５を結晶化し、結晶化した結晶性シリコン薄膜の結晶性を顕微鏡観察した。
【００８７】
図６Ａは、結晶性シリコン薄膜の結晶性を光学顕微鏡で観察した図である。図６Ｂ〜図６Ｄは、結晶性シリコン薄膜を電子顕微鏡で観察した図である。
【００８８】
図６Ｂでは、加速電圧５．０ｋＶ、倍率３０００倍でのＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により、ゲート電極８０３のエッジ（終端部分）を観察した図である。図６Ｂに示すように、ゲート電極８０３の中心部からゲート電極８０３のエッジ部にかけてムラが生じているのが分かる。
【００８９】
図６Ｃは、ゲート電極８０３の中心部を、加速電圧５．０ｋＶ、倍率１０００００倍でＳＥＭ観察した図であり、図６Ｃは、ゲート電極８０３の中心部を、加速電圧５．０ｋＶ、倍率１０００００倍でＳＥＭ観察した図である。
【００９０】
図６Ｃと図６Ｄとを比べてみると分かるように、ゲート電極８０３の中央に対応する結晶性シリコン薄膜と、ゲート電極８０３の端部（エッジ部）に対応する結晶性シリコン薄膜とで、形成される結晶粒径が異なっている。つまり、ゲート電極８０３上での結晶性シリコン薄膜内の結晶粒径のバラツキが生じており、従来のボトムゲート型ＴＦＴでは、面内均一性が悪い。
【００９１】
次に、ゲート電極８０３上での結晶性シリコン薄膜内の結晶粒径のバラツキが生じるメカニズムについて説明する。
【００９２】
図７は、レーザ光に照射された際の従来のボトムゲート型ＴＦＴの非晶質シリコン薄膜の温度分布を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５Ａ及び図５Ｂに相当するため、説明を省略する。図７（ｃ）は、シリコン薄膜結晶化工程においてレーザ光に照射された際の非晶質シリコン薄膜８０５の温度分布を示す図である。
【００９３】
例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す非晶質シリコン薄膜８０５にレーザ光を照射するとする。その場合、非晶質シリコン薄膜８０５の上方から照射されるレーザ光によって非晶質シリコン薄膜８０５の温度が上昇することに加えて、ゲート電極８０３から反射したレーザ光によって非晶質シリコン薄膜８０５の温度が上昇する。したがって、ゲート電極８０３が存在しない第１領域ではゲート電極８０３からの反射光の影響がない一方、ゲート電極８０３が存在する第２領域ではゲート電極８０３からの反射光の影響が付加される。
【００９４】
そのため、レーザ光による非晶質シリコン薄膜８０５の温度上昇は、ゲート電極８０３の存在する第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域の方が、ゲート電極８０３の存在しない第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域よりも相対的に高くなる。また、レーザ光が照射されて生じた非晶質シリコン薄膜８０５内の熱は、ゲート電極８０３の存在する第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域からゲート電極８０３の存在しない第２領域に対応する非晶質シリコン薄膜８０５の領域へと放散される。つまり、図７（ｃ）に示すように、レーザ光が照射されて生じる非晶質シリコン薄膜８０５内の温度分布は、ゲート電極８０３の存在する第２領域のエッジ部（端部）に対応する領域で、勾配をもつことになる。そして、非晶質シリコン薄膜８０５は、このような温度分布を有したまま結晶化されることになる。
【００９５】
それにより、ゲート電極８０３の中央に対応する結晶性シリコン薄膜と、ゲート電極８０３のエッジ部（端部）に対応する結晶性シリコン薄膜とでは、形成される結晶粒径が異なることになる。
【００９６】
従来のボトムゲート型ＴＦＴでは、以上のようなメカニズムにより、ゲート電極８０３の存在する領域に対応する結晶性シリコン薄膜内で結晶粒径のバラツキ（結晶組織ムラ）を生じさせている。
【００９７】
それに対して、本実施の形態では、ゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）の存在する領域に対応する結晶性シリコン薄膜内で結晶粒径のバラツキを生じさせない構成および製造方法を実現している。具体的には、ゲート電極として、図４（ａ）に示すような第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を形成し、その上で、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射することで実現する。より具体的には、基板１上に、第１の反射率を有する第１ゲート電極２を積層し、第１ゲート電極２上に、第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、かつ、第１ゲート電極２の上面面積よりも小さい上面面積の第２ゲート電極３を、第１ゲート電極２の上面周辺部を露出させて積層する。そして、非晶質シリコン薄膜５ａに上述のようにレーザ光を照射して結晶化する。その際、第１領域に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度は、第１の反射率が第２の反射率より大きいことから、第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高くなる。そのため、非晶質シリコン薄膜５ａにレーザ光を照射して結晶化する際、第２ゲート電極３に対応する領域の非晶質シリコン薄膜５ａの温度を、第２ゲート電極３の外周に存在する第１ゲート電極２に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度よりも上げることができる。それにより、第２ゲート電極３の両端部に対応する非晶質シリコン薄膜５ａの温度が、第２ゲート電極３に対応する領域から第２ゲート電極３の形成領域外に対応する領域へと放散されるのを防止することができる。その結果、第２ゲート電極３に対応する領域の結晶性シリコン薄膜５内での結晶粒径がほぼ均一となる。つまり、チャネル領域となる結晶性シリコン薄膜５の中央領域と周辺領域との結晶粒のサイズを均一とすることができる。
【００９８】
次に、以上のようにゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）が構成される形成されたボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００において、非晶質シリコン薄膜５ａがレーザ光を照射された際に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となることをシミュレーションにより検証した。
【００９９】
以下、これを実施例として説明する。
【０１００】
（実施例）
図８Ａおよび図８Ｂは、本実施例での計算に用いたモデル構造およびそのパラメータを示す図である。ここで、ｋは消衰係数である。
【０１０１】
図８Ａに示すモデル構造では、基板としてガラスを準備し、ガラス上に、１５０ｎｍの厚さのＳｉＮ膜を配置し、ＳｉＮ膜上に、５０ｎｍの厚さの金属膜を配置する。その金属膜を覆うように、ＳｉＮ膜上に可変の厚みのＳｉＯ２膜を配置し、ＳｉＯ２膜上にａ−Ｓｉ膜を配置した。ａ−Ｓｉ膜の上部は空気層（屈折率１）とした。ここで、このモデル構造は、図４（ａ）に示す実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造をモデル化したものである。ここで、ＳｉＮ膜は、図４に示す基板１に対応し、金属膜は、第１ゲート電極２に対応する。ＳｉＯ２膜は、ゲート絶縁膜４に対応し、ａ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン薄膜５ａに対応する。
【０１０２】
そして、既知の振幅透過率および振幅透過率の計算方法を用いて、図８Ａに示すモデル構造に対して垂直に波長５３２ｎｍのレーザ光を入射した場合に、図８Ｂ中に示した値を用いて多重干渉によるａ−Ｓｉ膜への光の吸収率を算出した。ここで、図８Ｂは、ａ−Ｓｉ膜と、ＳｉＯ２膜と、ＳｉＮ膜と、Ａｌ金属膜、Ｃｕ金属膜及びＭｏ金属膜に対する波長５３２ｎｍにおける屈折率と消衰係数とを示している。また、金属の反射率の大小関係は、Ａｌ＞Ｃｕ＞Ｍｏである。
【０１０３】
図９Ａは、図８Ａの金属膜にＭｏを用いた場合（Ｍｏ電極と記載）におけるモデル構造を示しており、図９Ｂ及び図９Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示す図である。ここで、図９Ｂは、図９Ａに示すモデル構造の電極上領域（Ｍｏ電極が存在する領域に対応する領域）におけるａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示している。一方、図９Ｃは、図９Ａに示すモデル構造の電極外領域（Ｍｏ電極が存在しない領域外に対応する領域）におけるａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合の計算結果を示している。
【０１０４】
図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、電極外の領域に比べて電極上の領域では、ａ−Ｓｉ膜の吸収率は高くなる傾向がある。つまり、レーザ光がａ−ｓｉ膜へ照射された場合には、電極上の領域では、図７で説明したように、温度が高くなるのがわかる。ただし、図９Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜の膜厚によっては、その傾向が見られない領域があるのがわかる。すなわち、ａ−Ｓｉ膜を形成する際には適切な膜厚の範囲（プロセスウィンドウ）があるのがわかる。従って、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲は、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「電極上の領域＞電極上の領域」となる領域である。
【０１０５】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図９Ａに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合における電極外の領域と電極上の領域とのａ−Ｓｉ膜への吸収率の差を示す図である。ここで、図１０Ａは、金属膜を構成する材料をＣｕにした場合（Ｃｕ電極と呼ぶ）の計算結果を、図１０Ｂは、金属膜を構成する材料をＭｏにした場合（Ｍｏ電極）の計算結果を、図１０Ｃは、金属膜を構成する材料をＡｌ（Ａｌ電極と呼ぶ）にした場合の計算結果を示している。
【０１０６】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「電極上の領域＞電極上の領域」となる領域Ｘは、金属膜を構成する材料によらず存在する。具体的には、この条件を満たすａ−Ｓｉ膜の膜厚の範囲は、次の１）または２）に示す通りである。
１）１８０ｎｍ＜ＳｉＯ膜厚＜２００ｎｍの場合、３０ｎｍ＜ａ−Ｓｉ膜厚＜４０ｎｍ
２）１００ｎｍ＜ＳｉＯ膜厚＜１８０ｎｍの場合、ａ−Ｓｉ膜厚＜３０ｎｍ、かつａ−Ｓｉ膜厚＜（−１／３×ＳｉＯ膜厚＋１００ｎｍ）
次に、反射率の異なる金属膜を積層する場合（反射率の異なる第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３を備えるボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００に対応）について、
上記同様に、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があるかを検証した。
【０１０７】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、形成されるａ−Ｓｉ膜厚に適切な範囲があることを説明するための図である。図１１Ｄは、図８Ａの金属膜を反射率が異なる金属膜（第１電極と第２電極とする）で積層する場合におけるモデル構造を示している。ここで、第２電極は、第１電極上の一部の領域に積層された金属膜であって、第１電極よりも反射率が低い金属膜から構成されている。
【０１０８】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、図１１Ｄに示すモデル構造においてａ−Ｓｉ膜厚とＳｉＯ２膜厚とを変化させた場合に第１電極の領域と第２電極の領域とにおけるａ−Ｓｉ膜への吸収率の差、つまり、第１電極上の領域となるａ−Ｓｉ膜への吸収率から、第２電極上の領域となるａ−Ｓｉ膜への吸収率と減算した場合を示している。ここで、図１１Ａでは（Ａｌ、Ｍｏ）を、図１１Ｂでは（Ａｌ、Ｃｕ）を、図１１Ｃでは（Ｃｕ、Ｍｏ）を第１電極と第２電極とを構成する金属材料の組合せとした場合の計算結果を示している。
【０１０９】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、ａ−Ｓｉ膜を形成する際の適切な膜厚の範囲（プロセスウィンドウ）は、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「第１電極上の領域＞第２電極上の領域」となる領域である。また、ａ−Ｓｉ膜への吸収率が「第１電極上の領域＞第２電極上の領域」となる領域Ｙは、金属膜を構成する材料によらず存在するのがわかる。
【０１１０】
以上のシミュレーション結果から、ゲート電極（第１ゲート電極２及び第２ゲート電極３）が構成される形成されたボトムゲート型のシリコンＴＦＴ装置１００において、レーザ光を非晶質シリコン薄膜５ａに照射する場合には、非晶質シリコン薄膜５ａは、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となり得るａ−Ｓｉ膜厚が存在することが確認できた。
【０１１１】
次に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す温度分布となるために必要となる第１電極と第２電極との大きさ（幅）の差について検証を行った。
【０１１２】
図１２は、本実施例での計算に用いたモデル構造を示す図である。図１３および図１４は、本実施例での計算に用いたパラメータを示す図である。
【０１１３】
図１２（ａ）に示すモデル構造は、基板として例えば０．７ｍｍの厚さのガラス上に、１２０ｎｍの厚さのＳｉＮ膜を配置し、ＳｉＮ膜上に、それぞれ５０ｎｍの厚さの金属膜（第１電極および第２電極）を配置する。そして、それら金属膜（第１電極および第２電極）を覆うように、ＳｉＮ膜上に１２０ｎｍの厚みのＳｉＯ２膜を配置し、ＳｉＯ２膜上に４０ｎｍの厚さのａ−Ｓｉ膜を配置する。ａ−Ｓｉ膜の上部は空気層（屈折率１）としている。ここで、このモデル構造は、図４（ａ）に示す実施の形態におけるボトムゲート型ＴＦＴの構造を、上述の計算結果に基づく膜厚を用いてモデル化したものである。また、ＳｉＮ膜は、図４に示す基板１に対応する。反射率の異なる金属膜のうち下の金属膜である第１電極は、第１ゲート電極２に対応し、反射率の異なる金属膜のうち上の金属膜である第２電極は、第２ゲート電極３に対応する。ＳｉＯ２膜は、ゲート絶縁膜４に対応し、ａ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン薄膜５ａに対応する。
【０１１４】
さらに、第２電極の大きさを、図１２（ｂ）に示すように、横をＡμｍ、縦を２Ｂμｍとし、第１電極の大きさを、第２電極に比べて縦横それぞれｄｍｍ小さい、つまり縦（２Ｂ−２ｄ）μｍで横（Ａ−ｄ）μｍとしている。ここで、図中の縦の大きさＢは、対称線までの大きさを示している。
【０１１５】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本実施例での温度解析のシミュレーション条件を示す図である。図１５Ａでは、第１電極の大きさを縦８０μｍ横４０μｍとした場合の、第２電極の大きさの条件（仕様１〜仕様３）を示している。具体的には、仕様１は、ｄ＝０μｍの場合、すなわち第１電極および第２電極の大きさが同じで縦２Ｂ＝８０μｍ、横Ａ＝４０μｍである場合を示している。仕様２は、ｄ＝５μｍの場合、すなわち、第２電極の大きさが縦２Ｂ＝７０μｍ、横Ａ＝３５μｍの場合を示している。同様に、仕様３は、ｄ＝１０μｍの場合、すなわち、第２電極の大きさが縦２Ｂ＝６０μｍ、横Ａ＝３０μｍの場合を示している。図１５Ｂでは、図１３に示す条件（仕様１〜仕様３）における第１電極および第２電極の大きさと、レーザ照射される領域を示している。ここで、温度解析のシミュレーションにより温度表示される温度表示領域を点線で示している。
【０１１６】
なお、温度解析のシミュレーションで用いられるレーザ光の条件は、波長：５３２ｎｍ、出力：３０００ｋＷ／ｃｍ２、波形：パルス、発熱時間（照射時間）：０〜１０ｎｓｅｃ、最終時間：０〜１ｍｓｅｃ、スポット波形：矩形である。
【０１１７】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、各仕様の温度解析結果を示す図である。図１６Ａは、上記の条件で、シミュレーションを行った結果を示す図であり、図１６Ｂは、図１６Ａのｘ＝１７．５μｍとｘ＝２０μｍとにおける温度を表にしたものである。ここで、ｘ＝１７．５μｍの温度は、仕様１〜３における第２電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を示している。ｘ＝２０．０μｍは、仕様１では第２電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を、仕様２および仕様３では第１電極上のａ−Ｓｉ膜の温度を示している。
【０１１８】
エッジ部（ｘ＝１７．５μｍとｘ＝２０μｍ）での温度差を比較した結果（図１６Ｂ）、従来構造に相当する仕様１では、２０４Ｋ、仕様２および仕様３では、１６３Ｋ、１７１Ｋとなり、エッジ部での温度差の改善効果があるのが確認できた。
【０１１９】
これらの結果により、第１電極および第２電極の大きさの差ｄは、少なくともｄ＞５μｍ（言い換えると第１電極を１２％程度以上露出する大きさの差）あればよいことが検証できた。
【０１２０】
以上のように、本発明では、異なる反射率を有する第１ゲート電極及び第２ゲート電極を形成するだけでなく、反射率の大きい方の第１ゲート電極を第２ゲート電極から一部露出させた第１領域を形成する。このような構成により、非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射すると、第１領域に第２領域よりも高い温度分布領域を形成することができるので、熱拡散を利用して、ゲート電極上（第１ゲート電極及び第２ゲート電極）とゲート電極外の温度差を緩和させることができる。それにより、ゲート電極上（第１ゲート電極及び第２ゲート電極）の領域に対応する結晶性シリコン薄膜５の結晶粒径を均一化することができる。
【０１２１】
以上、本発明のシリコン薄膜の結晶化方法およびシリコンＴＦＴ装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、シリコン薄膜の結晶化方法及びシリコンＴＦＴ装置の製造方法に有用であり、特に移動度、オン／オフ特性ともに優れるシリコンＴＦＴ装置の製造方法等として用いるのに最適である。
【符号の説明】
【０１２３】
１、８０１    基板
２    第１ゲート電極
３    第２ゲート電極
４    ゲート絶縁膜
５    結晶性シリコン薄膜
５ａ、８０５    非晶質シリコン薄膜
６、８０４    絶縁膜
７    コンタクト層
８    ソース・ドレイン電極
９    パッシベーション膜
１００、８５０    シリコンＴＦＴ装置
８０３    ゲート電極
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、第１の反射率を有し上面が平坦な第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１の反射率より小さい第２の反射率を有し、且つ、前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部の平坦な面を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させてゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させてシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１の反射率が前記第２の反射率より大きいことから、前記第２ゲート電極の上面の前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高いシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項２】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、上面が平坦なアルミニウムからなる第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有するモリブデンからなる第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部の平坦な面を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させて、酸化シリコンからなり、膜厚が数式１で規定される範囲内のゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させて、膜厚が数式１で規定される範囲内のシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１ゲート電極を構成する銅の反射率が前記第２ゲート電極を構成するモリブデンの反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高いシリコン薄膜の結晶化方法。
（数式１）
１００ｎｍ≦酸化シリコン膜厚≦１９８ｎｍ
３０ｎｍ≦シリコン薄膜厚み≦−０．３４７ｘ＋９９．７ｎｍ（ｘはｎｍ単位で表現した酸化シリコン膜厚。１００ｎｍ≦酸化シリコン膜厚＜１７８ｎｍの領域）、３９ｎｍ（１７８ｎｍ≦酸化シリコン膜厚≦１９８ｎｍの領域）
【請求項３】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、上面が平坦なアルミニウムからなる第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有する銅からなる第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部の平坦な面を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させて、酸化シリコンからなり、膜厚が数式２で規定される範囲内のゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させて、膜厚が数式１で規定される範囲内のシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１ゲート電極を構成するアルミニウム第１の反射率が前記第２ゲート電極を構成する銅第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高いシリコン薄膜の結晶化方法。
（数式２）
１０１ｎｍ≦酸化シリコン膜厚≦１９８ｎｍ
−０．２５４ｘ＋４５．３ｎｍ≦シリコン薄膜厚み≦−０．３７３ｘ＋１０５．７ｎｍ（ｘはｎｍ単位で表現した酸化シリコン膜厚。１０１ｎｍ≦酸化シリコン膜厚＜１６０ｎｍの領域）
３０ｎｍ≦シリコン薄膜厚み≦−０．３７３ｘ＋１０５．７ｎｍ（ｘはｎｍ単位で表現した酸化シリコン膜厚。１６０ｎｍ≦酸化シリコン膜厚＜１７８ｎｍの領域）
３０ｎｍ≦シリコン薄膜厚み≦４０ｎｍ（１７８ｎｍ≦酸化シリコン膜厚≦２００の領域）
【請求項４】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に、上面が平坦な銅からなる第１ゲート電極を積層する第２工程と、
前記第１ゲート電極の上面面積よりも小さい上面面積を有するモリブデンからなる第２ゲート電極を、前記第１ゲート電極の上面周辺部の平坦な面を露出させて前記第１ゲート電極上に積層する第３工程と、
前記第１ゲート電極が形成されていない前記基板上の周辺領域、前記第２ゲート電極から露出された前記第１ゲート電極上の上面周辺部の平坦な面である第１領域、及び、前記第２ゲート電極の上面の第２領域を覆って、前記基板、前記第１ゲート電極、及び前記第２ゲート電極が積層された形状に追従させて、酸化シリコンからなり、膜厚が数式３で規定される範囲内のゲート絶縁膜を積層する第４工程と、
前記形状に積層されたゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜の形状に追従させて、膜厚が数式３で規定される範囲内のシリコン薄膜を積層する第５工程と、
前記シリコン薄膜の上方から所定のレーザ光を照射することにより、前記シリコン薄膜を結晶化する第６工程と、を含み、
前記第６工程において前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度は、前記第１ゲート電極を構成する銅第１の反射率が前記第２ゲート電極を構成するモリブデン第２の反射率より大きいことから、前記第２領域に対応するシリコン薄膜の温度よりも高いシリコン薄膜の結晶化方法。
（数式３）
１０１ｎｍ≦酸化シリコン膜厚≦１７０ｎｍ
３１ｎｍ≦シリコン薄膜厚み≦−０．２８６ｘ＋７９．９ｎｍ（ｘはｎｍ単位で表現した酸化シリコン膜厚。）
【請求項５】
前記第６工程において、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射している際には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度が、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度より高くなり、
前記シリコン薄膜に前記レーザ光を照射した後には、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜の温度と、前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜の温度とが同一、又は前記同一の近時値の範囲内となり、
前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応する前記シリコン薄膜は結晶化する
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項６】
前記第６工程において、前記レーザ光は、前記第１領域に対応する前記シリコン薄膜及び前記第２領域に対応するシリコン薄膜に同時に照射される
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項７】
前記第１の反射率と前記第２の反射率との関係により、前記第２領域に対応するシリコン薄膜内での結晶粒径は、同一又は同一の近似値の範囲内となる
請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項８】
前記所定のレーザ光の波長は、４０５ｎｍから６３２ｎｍの範囲である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項９】
前記所定のレーザ光はグリーンレーザのレーザ光である
請求項８に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１０】
前記所定のレーザ光は、ブルーレーザのレーザ光である
請求項９に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１１】
前記第２ゲート電極の端部は、所定の傾斜角度を有する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１２】
前記第６工程における前記レーザ光のレーザ光強度プロファイルは、
少なくとも前記第１領域及び前記第２領域の領域内でフラットである
請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のシリコン薄膜の結晶化方法。
【請求項１３】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の第１工程〜第６工程を含み、
さらに、
前記第６工程の後に結晶化された前記シリコン薄膜上の一部に形成された絶縁膜の上面端部および側面、並びに前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極を形成する第７工程と、
前記絶縁膜上および前記ソース・ドレイン電極上にパッシベーション膜を形成する第８工程と、を含む
シリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第６工程と前記第７工程との間に、
前記絶縁膜の上面端部及び側面、並びに、前記結晶化された前記シリコン薄膜の上面に、コンタクト層を形成する工程を含む
請求項１３に記載のシリコンＴＦＴ装置の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2011161714.tif 000045
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2011161714.tif 000048
【図３Ｆ】
2011161714.tif 000049
【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
2011161714.tif 000051
【図３Ｉ】
2011161714.tif 000052
【図３Ｊ】
2011161714.tif 000053
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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